标准化的PSE模块简化了开关设计

作者：凌力尔特公司混合信号产品部产品市场经理 Alison Steer

IEEE 即将完成 PoE+ 标准的制定，而网络设备制造商则正在抓紧进行其设计的升级换代。不过，完成这种过渡将会面临挑战。一种新型业界标准 PSE 模块大大降低了上述工作的难度，加快了产品的面市进程，并简化了测试。

PoE+ 标准近在咫尺
在过去短短几年时间里，以太网供电 (PoE) 市场取得了巨大的成长。PoE 几乎达到了无所不在的地步，在世上具 PoE 功能的开关数以百万计。

PoE 的主要应用仍然是对 IP 电话和无线接入点进行远程供电。工程师们一直梦想着在其他许多应用中运用 PoE，但可用功率之少常常令这些梦想落空。按照最初的 IEEE 802.3af 标准，一部受电设备 (PD) 仅能吸取不超过 12.95W 的功率。

IEEE 即将改善这种状况，因为业界翘首期盼的 802.3at 修订版 (有时被称为 PoE+) 很快就要制定完毕了。该最新修订版将提高功率限值，从而允许一部 PD 吸取高达 25.5W 的功率，并使众多的大批量应用成为可能，例如：左右-变焦-俯仰 (PZT) 摄像机、多媒体信息查询台、工业控制器和笔记本电脑电池充电器。

完成向PoE+的过渡
目前面临的挑战是让供电设备 (PSE) 制造商迅速推出那些高功率 PoE+ 端口。在高功率 PSE 端口可以广泛使用之前，高功率 PD 将不会得到普及。

针对 PoE+ 标准来进行现有PSE设计的升级将需要：
? 能够在全千兆位线路速率条件下获得较大偏置电流 (而误码率并未增加) 的改良型以太网磁性元件
? 具较高截止电流门限的新型PSE控制器芯片
? 有可能需要具较大安全工作区 (SOA) 的较大 MOSFET，这取决于所使用的控制器芯片
? 较大的主电源
? 有可能需要对各种各样的元件 (例如：连接器、熔断器、共模扼流圈、瞬态电压抑制器二极管、电流检测电阻器、和 EMI 滤波器) 进行升级，以支持较高的电流

这些元件市面上有售，供应商们试图在可能的情况下尽量地使其新型 PoE+ 磁性元件和芯片成为 802.3af 元件的简单直接替代品。然而不幸的是，针对 PoE+ 来进行PSE设计的升级将很少会像变更材料清单那么简单；通常情况下，必需对 PCB 布局进行重大变更。

例如：采用分立型以太网磁性元件的设计有可能需要变更布局。用于把来自 RJ45 连接器的千兆位以太网数据和功率传输至变压器的印制线必须具有受控阻抗，而且还必须足够粗，以传输增加的电流。许多现行设计在内层上采用单端 50Ω 印制线，它通常宽 6 密耳，使用 0.5 盎司铜；有些设计则采用了宽度更窄的紧密耦合差分印制线。虽然这些布局或许曾在 802.3af 标准规定的 400mA 电流条件下正常运作，但在 802.at 标准规定的 600mA 电流条件下则可能存在着发生过热的严重风险。因此，一个 PoE+ 开关有可能需要在外层上布设这些印制线，这里，50Ω 线宽通常为 8~10 密耳。而且，在镀覆之后，表面层通常为 1.5 盎司。

但是，开关设计师所面临的难题还不止这些：热耗散的增加可能需要增设风扇或采用风力更强劲的风扇；整个行业都面临着提高网络设备能量效率的压力；而且升级后的 PSE 设计将不得不重复鉴定和认证测试。上述的所有任务将会给开关设计师施加一项沉重的负担，而在许多场合中，这些设计师早已是不堪重负了。

一种解决方案是采用一个多端口 PSE 模块。目前市场上已经有一些用于 802.3af PSE 的模块组件，具体形式为 DIMM 卡或内置PSE端口电路的电源。但是，这些类型的模块给设计师留下了某些重大的难题，因为它们并不包括以太网磁性元件或 RJ45 连接器。必须谨慎地通过磁性元件将以太网信号从连接器传输至 PHY 芯片，而且必须把功率从变压器中心抽头传输至 PSE 端口电路。如上所述，这会是很棘手的：保持受控阻抗、保持针对高电位的裕度、而且使印制线足够粗 (以在最坏情况热条件下传输最大电流) 并非无足轻重的琐事。

PSE集成连接器模块
或许最精巧的方法是把所有的 PSE 电路和以太网磁性元件都内置于一个联动连接器组件之中。这将真正地简化电路板的布局工作，因为所有的以太网信号引脚均位于变压器的 PHY 侧；它们不传输 DC 电流，因此您无须担心每平方印制线的 Ω 值，而且也不必对保持针对高电位的裕度有什么担忧。只需像普通的阻抗受控印制线那样将这些信号直接传输至 PHY 芯片即可。

有些这样的 PSE 模块已可用于 802.3af 开关，但是它们的主要缺点之一是缺乏标准化。每家供应商的产品都有其特殊的占板面积和电特性。一旦您选择了某家制造商，则将受困于他们的设计方案。

但这种情况如今有所变化，这多亏了 PoETec。PoETec 是一家由网络设备和组件领先制造商组成的协会，致力于促进和推广 PoE 技术。PoETec 已经制定了一套用于业界首款标准化 PSE 模块的规范，而且不久就将公布于众，他们将这款模块称为 PSE 集成连接器模块 (PSE-ICM)。该规范定义了 PSE-ICM 特性的所有方面，包括占板面积、信号功能和内部寄存器组。因此，采用某品牌 PSE-ICM 的 PSE 设计能够简单地直接更换另一品牌的 PSE-ICM，而无需变更电路板布局或系统软件。